辉光球电场的探究

2011-11-07 15:33阅读：

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辉光球电场的探究

辉光球又称为电离子魔幻球，它的外观为高强度玻璃球壳，球内充绚丽多彩，光芒四射，常被用于娱乐场所作为装饰之用，如图所示。辉光球工作时在球中央的电极周围形成一个类似于点电荷的场，利用它我们可以在《电场》教学中模拟静电场的许多性质。
【实验方法】
1. 将高频、高压电加在辉光球中心电极上，在很短的时间内可以把它当静电场处理。观察现象，它的电场有什么特点？
2. 如图所示，用手接触在玻璃壳上并在其上移动时，现象有什么特点，你能提出什么问题，怎样解释？
3. 取只一氖管，手拿其一端，另一端与魔幻球相靠近，如图7所示，操作中看到什么现象？说明什么问题？
4. 手持氖管沿球的径向球面移近，到达某一位置时再将氖泡在此处转过90^O角（与径向垂直），操作中看到什么现象？说明什么问题？
5. 如果辉光球用金属网包住，再用试电笔重做上述实验，又会怎样呢? 如何解释？
6. 分别用书本、乒乓球拍、泡沫塑料板、铝板等隔在辉光球与手持的氖管之间，看看这些东西对电场有什么影响？看到什么现象？怎样解释？

辉光球电场的探究

辉光球电场的探究

【现象解释】
辉光球的底部有一块震荡电路板，通过电源变换器将12V低压直流电转变为高压高频电压加在电极上——中心是一个黑色球状电极，无穷远处（或周围接地物）是另一电极，极性随高频电压变化而变化。球内充有稀薄的惰性气体（如氩气等），通电后震荡电路产生高频电压电场，球壳内的稀薄气体分子被运动的带电粒子碰撞电离产生辉光现象，由于气体密集程度较小，所以辉光总体按电场线的路径显示，故所发生的光是一些辐射状的辉光，绚丽多彩，光芒四射。如图所示为手触球壳前后的电场线分布情况，不再均匀对称，那么为什么辉光线向手这一边转移？当手掌接触球壳一部分时，相当有一个电极从无穷远（周围接地物）移到球壳上，此时可以看成是两个电容并联，如图所示，电势差相等，电容大的其上的电荷量也越大，电荷密度也越大，电场也就越强，在球与手之间形成通路，故辉光在手指的周围处变得更为明亮，产生的弧线顺着手的触摸移动而游动扭曲，随手指移动起舞，好像存在一种“惯性”的记忆。
辉光球周围存在一个高压电场，把氖管靠近辉光球时，氖管两端有一个电压，两者中充有稀有气体，只需几十伏电压氖管里面的气体就会电离发光。所以当手持氖管沿球的径向球面移近，到达某一位置时氖泡发红光；当氖泡在此处转过90^O角（与径向垂直）时，由于辉光球电场为球状辐射电场，氖管两端电压为零，气体不会电离发光，所以红光消失。改变氖泡的位置重做上述实验，看到的现象都是一致的，而且氖泡沿着径向距离球面越近发光越强。
插入接地的金属板，氖管不再发光，如果插入带绝缘柄的金属板和其他电介质板，氖管仍能起辉，说明它们在电场中被感应或极化，不能对电场起隔离的作用。
本实验按照“初感、浅探、深究”精心安排物理实验的每一个环节，合理设计思维进展的层次，充分挖掘认知过程的每一思维阶梯，给学生一定的思考时空。一个个演示令学生欢呼雀跃，在已知与未知的相互吸引与对接碰撞中，从而使学生的思维有序地发展。
“教学是一门艺术，它能产生一种迷人的力量”。物理教师可利用自己的教学智慧，设计出富有创意的物理实验，并敏锐的捕捉教育的最佳作用点和最佳作用时机，从而产生奇妙美丽、趣味新奇、惊险刺激、出人意料的物理现象，丰富学生情感，打造优质高效的物理课堂。

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